創(chuàng)建簡單模型

您可以使用 Simulink? 來對系統建模，然后仿真該系統的動態(tài)行為。本教程中創(chuàng)建簡單模型所使用的基本方法也適用于創(chuàng)建更復雜的模型。此示例對簡化的汽車運動進行仿真。當踩下油門踏板時，汽車通常處于行進狀態(tài)。松開踏板后，汽車怠速并停下來。

Simulink 模塊是定義模塊輸入和模塊輸出之間數學關系的模型元素。要創(chuàng)建這個簡單模型，您需要四個 Simulink 模塊。

模塊名稱模塊目的模型目的Pulse Generator為模型生成輸入信號表示加速踏板

Gain將輸入信號乘以常量值計算踩下加速踏板后如何影響汽車的加速度

Integrator, Second-Order將輸入信號積分兩次根據加速度計算汽車位置

Outport指定一個信號作為模型的輸出指定汽車位置做為模型的輸出

此模型的仿真過程是將一個簡短的脈沖信號積分兩次，形成一個斜坡。結果顯示在一個示波器窗口中。輸入脈沖表示是否踩下油門踏板 - 1 表示踩下，0 表示未踩下。輸出斜坡表示與起點之間的距離增加。打開新模型

使用 Simulink Editor 構建模型。

啟動 MATLAB?。在 MATLAB 工具條上，點擊 Simulink 按鈕 。

點擊 Blank Model 模板。

Simulink Editor 打開。

從 Simulation 選項卡中，選擇 Save > Save as。在 File name 文本框中，輸入您的模型的名稱。例如，simple_model。點擊 Save。模型使用文件擴展名 .slx 進行保存。打開 Simulink庫瀏覽器

Simulink 在庫瀏覽器中提供了一系列按功能分類的模塊庫。下面是大多數工作流常用的一些模塊庫：

Continuous - 表示具有連續(xù)狀態(tài)的系統的模塊

Discrete - 表示具有離散狀態(tài)的系統的模塊

Math Operations - 實現代數和邏輯方程的模塊

Sinks - 存儲并顯示所連接信號的模塊

Sources - 生成模型的驅動信號值的模塊

在 Simulation 選項卡中，點擊 Library Browser 按鈕 。

將庫瀏覽器設置為始終在其他桌面窗口前端。在 Simulink 庫瀏覽器工具欄上，選擇 Stay on top 按鈕 。

要瀏覽模塊庫，請從左窗格中選擇一個類別，然后選擇一個功能區(qū)。要搜索所有可用的模塊庫，請輸入搜索詞。

例如，查找 Pulse Generator 模塊。在瀏覽器工具欄的搜索框中輸入 pulse，然后按 Enter。Simulink 將在模塊庫中搜索名稱或說明中包含 pulse 的模塊，然后顯示這些模塊。

獲取模塊的詳細信息。右鍵點擊 Pulse Generator 模塊，然后選擇 Help for the Pulse Generator block。Help 瀏覽器隨即打開并顯示該模塊的參考頁。

模塊通常有幾個參數。您可以通過雙擊該模塊來訪問所有模塊參數。將模塊添加到模型

要開始構建模型，請瀏覽庫并添加模塊。

從 “Sources” 庫中，將 Pulse Generator 模塊拖到 Simulink Editor 中。您的模型中將出現 Pulse Generator 模塊的副本，還有一個文本框用于輸入 Amplitude 參數的值。輸入 1。

參數值在整個仿真過程中保持不變。

使用相同的方法將以下模塊添加到模型中。

模塊庫參數Gain“Simulink/Math Operations”Gain: 2

Integrator, Second-Order“Simulink/Continuous”Initial condition: 0

Outport“Simulink/Sinks”Port number: 1

復制現有 Outport 模塊，然后使用鍵盤快捷方式將其粘貼到另一個點，從而添加第二個 Outport 模塊。

您的模型現在已經包含您需要的模塊。

通過點擊并拖動每個模塊來排列模塊。要調整模塊大小，請拖動一個角。

連接模塊

通過在輸出端口和輸入端口之間創(chuàng)建線條來連接模塊。

點擊 Pulse

Generator 模塊右側的輸出端口。

該輸出端口和所有適合連接的輸入端口都將突出顯示。

點擊 Gain 模塊的輸入端口。

Simulink 用線條連接模塊，并用箭頭表示信號流的方向。

將 Gain block 的輸出端口連接到 Integrator, Second-Order 模塊的輸入端口。

將 Integrator, Second-Order 模塊的兩個輸出連接到兩個 Outport 模塊。

保存模型。在 Simulation 選項卡中，點擊 Save 按鈕。

添加信號查看器

要查看仿真結果，請將第一個輸出連接到一個 Signal

Viewer。

點擊信號。在 Simulation 選項卡中的 Prepare 下，點擊 Add Viewer。選擇 Scope。信號上會出現查看器圖標，并打開一個示波器窗口。

您可以隨時通過雙擊該圖標打開示波器。運行仿真

定義配置參數后，即可進行模型仿真。

在 Simulation 選項卡中，通過更改工具欄中的值來設置仿真停止時間。

默認停止時間 10.0 適合此模型。此時間值沒有單位。Simulink 中的時間單位取決于方程的構造方式。此示例對簡化的汽車運動進行 10 秒的仿真 - 其他模型的時間單位可以是毫秒或年。

要運行仿真，請點擊 Run 按鈕 。

仿真開始運行并在查看器中生成輸出。

細化模型

此示例使用現有模型 moving_car.slx，并基于此運動模型對接近傳感器建模。在這種情況下，數字傳感器用于測量汽車與 10 米(30 英尺)外的障礙物之間的距離。模型基于下列條件來輸出傳感器的測量值和汽車的位置值：

汽車在到達障礙物時會緊急剎車。

在現實世界中，傳感器對距離的測量不夠精確，從而導致隨機數值誤差。

數字傳感器以固定時間間隔運行。更改模塊參數

要開始，請打開 moving_car 模型。在 MATLAB 命令行中，輸入：

open_system('moving_car.slx')

您首先需要對在汽車位置到達 10 時的緊急剎車進行建模。Integrator, Second-Order 模塊有用于此目的的參數。

雙擊 Integrator, Second-Order 模塊。將出現 Block Parameters 對話框。

選擇 Limit x，然后為 Upper limit x 輸入 10。參數的背景色發(fā)生變化以指示模型存在未應用的修改。點擊 OK 應用更改并關閉對話框。添加新模塊和連接

添加一個用來測量與障礙物之間距離的傳感器。

修改模型。根據需要展開模型窗口，以容納新模塊。

求實際距離。要想求出障礙物位置和車輛位置之間的距離，需要從 “Math Operations” 庫中添加 Subtract 模塊。還要從 “Sources” 庫中添加 Constant 模塊來為障礙物的位置設置常量值 10。

對真實傳感器中常見的不完美測量進行建模。使用 “Sources” 庫中的 Band-Limited White Noise 模塊產生噪聲。將 Noise power 參數設置為 0.001。通過使用 “Math Operations” 庫中的 Add 模塊將噪聲添加到測量中。

對每 0.1 秒觸發(fā)一次的數字傳感器進行建模。在 Simulink 中，以給定時間間隔對信號進行采樣需要一個樣本和保持器。從 “Discrete” 庫中添加 Zero-Order

Hold 模塊。將該模塊添加到模型后，將 Sample Time 參數更改為 0.1。

添加另一個 Outport，用來連接傳感器輸出。保留 Port number 參數的默認值。

連接新模塊。Integrator,

Second-Order 模塊的輸出已連接到另一個端口。要在該信號中創(chuàng)建分支，請左鍵點擊該信號以突出顯示可供連接的端口，然后點擊適當的端口。

為信號添加注釋

將信號名稱添加到模型中。

雙擊信號并鍵入信號名稱。

要完成輸入，請點擊文本框外部。

重復上述步驟以添加下圖中所示的名稱。

比較多個信號

將 actual distance 信號與 measured distance 信號進行比較。

創(chuàng)建 Scope Viewer 并將其連接到 actual distance 信號。右鍵點擊信號并選擇 Create & Connect Viewer > Simulink > Scope。信號的名稱顯示在查看器標題中。

將 measured distance 信號添加到同一個查看器中。右鍵點擊信號，然后選擇 Connect to Viewer > Scope1。確保您連接到在上一步中創(chuàng)建的查看器。

運行模型。查看器顯示兩個信號：actual

distance(黃色)和 measured

distance(藍色)。

放大圖形以觀察噪聲和采樣的影響。點擊 Zoom 按鈕 。左鍵點擊并拖動鼠標框住您想放大查看的區(qū)域。

您可以反復放大以觀察細節(jié)。

從圖中可以看到，測量值可偏離實際值達 0.3 米之多。此信息在設計安全功能(例如碰撞警告)時非常有用。

另請參閱

模塊

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總結

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